SiC高溫電容壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及高溫壓力傳感器，尤其是一種SiC高溫電容壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]高溫壓力傳感器在航天領(lǐng)域、航空領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。特別是在航空航天領(lǐng)域，高溫壓力傳感器可以用于發(fā)動機(jī)高溫壓力測量，宇航器表面壓力測量，運(yùn)載火箭燃燒室高溫壓力測量等。目前的高溫壓力傳感器主要有電容式、壓電式、壓阻式、薄膜應(yīng)變式、光纖式等，由于這些壓力傳感器常應(yīng)用于惡劣環(huán)境，因此其封裝技術(shù)需達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]SiC電容式壓力傳感器應(yīng)用廣泛，具有靈敏度高、高溫環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、抗過載能力強(qiáng)以及小型化等一系列優(yōu)點(diǎn)，傳感器中各結(jié)構(gòu)由熱膨脹系數(shù)不同的材料構(gòu)成，在制造、使用過程中會產(chǎn)生熱應(yīng)力，使敏感元件發(fā)生形變，進(jìn)而導(dǎo)致器件出現(xiàn)零點(diǎn)漂移等工作異常的現(xiàn)象，更加極端的情況下甚至?xí)ζ骷斐刹豢苫謴?fù)的損傷。有研究表明，在一定的溫度范圍內(nèi)，器件的失效率隨溫度的升高呈指數(shù)趨勢增長。因此需要對器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱機(jī)械設(shè)計(jì)和優(yōu)化，減小器件在高溫環(huán)境工作時產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:基于上述問題，提供一種減小器件在高溫工作時產(chǎn)生的熱應(yīng)力，提高器件的穩(wěn)定性的SiC高溫電容壓力傳感器。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種SiC高溫電容壓力傳感器，由SiC敏感元件、柱狀A(yù)IN襯底、引線和筒狀可伐合金外殼組成，所述SiC敏感元件由兩片SiC晶片構(gòu)成，SiC晶片間具有真空參考腔體，所述AIN襯底的上端面外沿處均布有若干引線，其上端面的中部通過粘合玻璃與SiC敏感元件粘合，AIN襯底的直徑為10mm，AIN襯底通過封接玻璃粘合在可伐合金外殼的內(nèi)壁上，所述封接玻璃的厚度為2.5_。
[0006]進(jìn)一步地，所述引線的直徑為0.3_，可伐合金外殼的壁厚為1_。
[0007]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型對SiC電容壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)及其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，減小器件在高溫工作時產(chǎn)生的熱應(yīng)力，提高器件的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0008]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0009]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中:1.SiC敏感元件，2.AIN襯底，3.引線，4.可伐合金外殼，5.粘合玻璃，6.封接玻璃。
【具體實(shí)施方式】
[0011]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的構(gòu)成。
[0012]如圖1所示，一種SiC高溫電容壓力傳感器，由SiC敏感元件1、柱狀A(yù)IN襯底2、引線3和筒狀可伐合金外殼4組成，SiC敏感元件I由兩片SiC晶片構(gòu)成，SiC晶片間具有真空參考腔體，AIN襯底2的上端面外沿處均布有若干引線3，其上端面的中部通過粘合玻璃5與SiC敏感元件I粘合，AIN襯底2的直徑為10mm，AIN襯底2通過封接玻璃6粘合在可伐合金外殼4的內(nèi)壁上，封接玻璃6的厚度為2.5_。
[0013]AIN襯底2是封裝結(jié)構(gòu)的重要組成，其功能是提供支撐平臺，用于SiC敏感元件1，承載電信號通路以及提供機(jī)械防護(hù)。AIN襯底2厚度取不同值時，SiC敏感元件I中心應(yīng)力值相差較大，并且對于任意的AIN襯底2厚度，SiC敏感元件I中心應(yīng)力均隨著AIN襯底2直徑的增大而增大。對于不同的粘合玻璃5厚度以及AIN襯底2厚度，SiC敏感元件I中心應(yīng)力均隨著AIN襯底2直徑的增大而增大，AIN襯底2直徑的最優(yōu)值為10mm。
[0014]作為SiC敏感元件I和AIN襯底2的中間層，粘合玻璃5使得AIN襯底2和SiC敏感元件I之間構(gòu)成機(jī)械連接，AIN襯底2上的應(yīng)力可以通過粘合玻璃5傳遞到SiC敏感元件I上。當(dāng)粘合玻璃5厚度很薄時，AIN襯底2上的熱應(yīng)力很容易向上傳遞，導(dǎo)致SiC敏感元件I熱機(jī)械性能變差。反之，當(dāng)粘合玻璃5厚度較大時，AIN襯底2上的熱應(yīng)力只有很小一部分傳遞到SiC敏感元件I上，粘合玻璃5厚度的增加起到了衰減應(yīng)力的作用。
[0015]此外，由于粘合玻璃5材料的熱膨脹系數(shù)小于AlN襯底2，AlN襯底2因受熱而產(chǎn)生的膨脹會使得粘合玻璃5與SiC敏感元件I接觸面產(chǎn)生應(yīng)力，隨著粘合玻璃5厚度增加，應(yīng)力先減小后增大。兩種作用同時產(chǎn)生影響，導(dǎo)致了 SiC敏感元件I表面的熱應(yīng)力呈現(xiàn)隨著粘合玻璃5厚度的增加先增大后減小再增大的變化趨勢。
[0016]因此，固定AlN襯底2直徑為10mm，對AlN襯底2厚度和粘合玻璃5厚度在尺寸許可范圍內(nèi)的不同取值組合做全面試驗(yàn)，首先計(jì)算出對于每一粘合玻璃5厚度，使SiC敏感元件I上表面熱應(yīng)力達(dá)到最小值的AlN襯底2厚度，再將各結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)當(dāng)粘合玻璃5厚度為2.5mm，襯底厚度為Ilmm時，敏感元件中心應(yīng)力最小。
[0017]結(jié)果表明:優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu)及參數(shù)后，SiC敏感元件I表面應(yīng)力大大減小，其中心應(yīng)力值由原先的39.246MPa變?yōu)?.14367MPa，減小為原來的0.37%，傳感器的熱穩(wěn)定性得到大巾畐提尚。
[0018]以上述依據(jù)本實(shí)用新型的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)實(shí)用新型技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)實(shí)用新型的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種SiC高溫電容壓力傳感器，其特征在于:由SiC敏感元件(I)、柱狀A(yù)IN襯底(2)、引線(3)和筒狀可伐合金外殼(4)組成，所述SiC敏感元件(I)由兩片SiC晶片構(gòu)成，SiC晶片間具有真空參考腔體，所述AIN襯底(2)的上端面外沿處均布有若干引線(3)，其上端面的中部通過粘合玻璃(5)與SiC敏感元件(I)粘合，AIN襯底(2)的直徑為10mm，所述粘合玻璃(5)的厚度為2.5mm，AIN襯底(2)通過封接玻璃(6)粘合在可伐合金外殼(4)的內(nèi)壁上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiC高溫電容壓力傳感器，其特征在于:所述引線(3)的直徑為0.3_，可伐合金外殼(4)的壁厚為1_。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及高溫壓力傳感器，尤其是一種SiC高溫電容壓力傳感器。一種SiC高溫電容壓力傳感器，由SiC敏感元件、柱狀A(yù)IN襯底、引線和筒狀可伐合金外殼組成，所述SiC敏感元件由兩片SiC晶片構(gòu)成，SiC晶片間具有真空參考腔體，所述AIN襯底的上端面外沿處均布有若干引線，其上端面的中部通過粘合玻璃與SiC敏感元件粘合，AIN襯底的直徑為10mm，AIN襯底通過封接玻璃粘合在可伐合金外殼的內(nèi)壁上，所述封接玻璃的厚度為2.5mm。本實(shí)用新型對SiC電容壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)及其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，減小器件在高溫工作時產(chǎn)生的熱應(yīng)力，提高器件的穩(wěn)定性。
【IPC分類】G01L1/14, G01L9/12
【公開號】CN205102963
【申請?zhí)枴緾N201520848774
【發(fā)明人】沈富德
【申請人】江蘇矽萊克電子科技有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年10月29日